CN207517176U - 嵌入式通信模块及终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种使用北斗与GPRS双模无线通讯技术的嵌入式通讯模块，可应用于电力传输网及配电网使用的智能场站设备、终端、仪表等上，包括：计量集中器、负荷管理终端、配变管理终端、智能配电终端，三相智能电表等，以嵌入式可热拔插的简便更换操作，提供远程通信通道的方法及其模块，在本实用新型的嵌入式通信模块中，嵌入式热拔插通信模块集成了北斗电路和GPRS电路，可以同时满足两种或以上信号的接收，广泛应用于电力传输网及配电网线路等各种电力业务的不同场景中，通过多模通信的方式，实现偏远地区、信号不稳定地区电力计量、配电管理信号采集通信。在自动侦测并优选经济资费通道情况下，可为供电企业提供使用经济资费通道的选择。

Description

嵌入式通信模块及终端

技术领域

本实用新型涉及一种通信技术领域，具体涉及一种嵌入式通信模块及终端。

背景技术

集中器是集中抄表系统中关键设备，具备电力行业集中器型式规范“Q/GDW1375.22013电力用户用电信息采集系统型式规范第2部分：集中器型式规范”，按集中器型式规范要求，集中器采用模块化设计，一般包括显示部分、本地通信模块和远程通信模块，显示部分固定，本地通信模块和远程通信模块均可以置换，本地通信模块和远程通信模块可以通过更换通信模块直接改变通信方式。集中器本地通信模块能够通过下行信道自动抄收并存储各种具有载波通信功能的通信终端(比如电表等)的电量数据，其下行信道可以是低压电力线载波(窄带载波、宽带载波等)、短距离无线及RS485等通信方式，因此，本地通信模块包括基于窄带载波通信的本地通信模块、基于宽带载波通信的本地通信模块、基于短距离无线通信的本地通信模块和基于RS485通信的本地通信模块；集中器远程通信模块能通过上行信道与主站进行数据交换，其上行信道采用共用通信网，支持无线公网(GSM、GPRS、CDMA等)、电话PSTN、以太网、光纤等通信方式，因此远程通信模块包含基于GSM通信的远程通信模块、基于GPRS通信的远程通信模块、基于CDMA通信的远程通信模块、基于以太网通信的远程通信模块和基于光纤通信的远程通信模块等。远程通信模块采用GPRS等公网无线网络，存在工程建设成本高、维护工作量大、网络使用费用高等缺点，远程通信模块采用GPRS等公网无线网络，存在网络覆盖问题，不能有效解决广大农村及小城镇地区的电力计量问题，导致抄表成功率低。

目前电力市场上70％的客户地区不具备通信通道，不能通过传统通信通道搜集客户供电状态和用电量信息并上传到主站管理中心的智能用电信息采集系统，而基于RDSS(Radio Determination Satellite Service，卫星无线电测定业务)的通信技术可以很好的解决这个问题。目前电力系统采用集中器来管理客户用电量和用电状态信息，通过集中器与用户终端电表连接，并将搜集的用户用电信息通过RDSS发送给智能用电信息采集系统。

图1为现有外挂式RDSS终端结构示意图，目前市场上采用外挂式RDSS通信模块解决上述问题，集中器的远程通信模块通过网络将用户用电量等数据发送给外挂式RDSS通信模块，由RDSS通信模块通过RDSS技术与上行主站进行数据交换。用于RDSS技术的卫星信号覆盖面积广，无需铺设线缆，信号稳定，可以解决传统集中器远程通信模块直接与上行主站进行数据交换存在的问题。远程通信模块采用外挂式RDSS终端，由于涉及到供电线缆、网络线缆及传输线缆等等连接，会造成电磁兼容技术问题，导致抄表成信号的干扰和不稳定。采用外挂式RDSS终端来进行计量数据上传，也存在较多问题，比如集中器和外挂RDSS终端之间的交互信号较多，相互之间干扰也比较大，电磁兼容难度大；外挂式RDSS终端的功耗较大，不能直接采用集中器远程通信模块的接口电源，只能采用集中器输入的220V电源，这样存在用电安全问题，并造成对公共用电部分的能耗，造成电路数据部分失真。

针对外挂式RDSS终端的不足，现有技术有了嵌入式通信模块在电力智能化终端上的应用，随着嵌入式通信模块在电力智能化终端上的应用，目前远程通信模块接口上所涉及的远程通信模式一般采用单模通信，即电力智能化终端基于远程通信接口上所固定的嵌入式通信模块采用一种移动通信制式与外部进行通信，比如采用单一的GPRS通信模式、北斗通信模式、其他移动通信模式，但如何实现多模通信共存在电力智能化终端上的应用还有待进一步深入研究。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述的问题，提供一种嵌入式通信模块及终端，在嵌入式通信模块中集成两种或以上的通信制式的通信电路，有效的实现两种或以上信号的覆盖，通过北斗电路可以解决偏远地区公网覆盖不足等问题。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用可即插即用的方式固定或者连接在电力智能化终端上，所述电力智能化终端上设置有与所述嵌入式通信模块相配合的远程通信模块接口，所述嵌入式通信模块通过所述远程通信模块接口与所述电力智能化终端进行数据通信，所述嵌入式通信模块集成有两种或以上的通信制式的通信电路，所述通信电路中包括北斗电路，所述电力智能化终端为：电力计量集中器、或者三相电能表、或者为负控终端、或者为配电变压器监测终端、或者为配网自动化终端。

所述通信电路还包括：近距无线通信电路、广域无线通信电路、有线通信电路和/或远距通信无线通信电路。

所述移动通信制式的通信电路包括：北斗电路、GPRS电路、2G电路、3G电路、4G电路、5G电路、ZigBee电路、NB-IoT电路、蓝牙电路、Lora电路、wifi电路、2.4G电路、SigFox电路或者NB-LTE电路中的一个或多个。

所述嵌入式通信模块集成有北斗电路和GPRS电路时，所述嵌入式通信模块包括RDSS电路单元、北斗信号合路单元、MCU主控电路单元、GPRS电路单元，其中：

所述RDSS电路单元的信号端连接着MCU主控电路单元的信号端和所述北斗信号合路单元的信号端；

所述MCU主控电路单元信号端连接有RDSS电路单元和GPRS电路单元；

所述北斗信号合路单元对所述RDSS电路单元中的收发信号进行合路；

所述GPRS电路单元的信号端连接着MCU主控电路单元。

所述嵌入式通信模块还包括RNSS电路单元，其中：

所述RNSS电路单元的信号端连接着MCU主控电路单元的信号端和北斗信号合路单元的信号端，所述RNSS电路单元的电源端与电源管理单元连接；

所述北斗信号合路单元对所述RDSS电路单元和RNSS电路单元进行信号合路。

所述嵌入式通信模块还包括电源管理单元，所述电源管理单元从所述远程通信模块接口上获取电源，并供给电源到嵌入式通信模块；所述电源管理单元包括电源保护及限流电路、储能电路以及电源转换电路，所述电源保护及限流电路连接着储能电路，所述储能电路连接着电源转换电路。

所述嵌入式通信模块上连接有外接天线。

所述嵌入式通信模块通过一根射频电缆连接着外接天线，所述外接天线可接收两种或以上的通信制式的通信电路所需的通信信号。

所述外接天线为有源天线或者无源天线，所述有源天线基于所述射频同轴电缆从电源管理单元处获取电源。

所述外接天线包括两根或以上的外接天线，所述两根或以上的外接天线中每一根外接天线连接着所述两种或以上的通信制式的通信电路中所对应的通信电路。

所述外接天线为有源天线或者无源天线，所述有源天线基于所述射频同轴电缆从电源管理单元处获取电源。

相应的，本实用新型还提供了一种电力计量集中器，包括上述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在电力智能化终端上。

相应的，本实用新型还提供了一种三相电能表，包括上述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在电力智能化终端上。

相应的，本实用新型还提供了一种负控终端，包括上述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在电力智能化终端上。

相应的，本实用新型还提供了一种配电变压器监测终端，包括上述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在电力智能化终端上。

相应的，本实用新型还提供了一种配网自动化终端，包括上述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在电力智能化终端上。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：应用于电力智能化终端上的嵌入式通信模块上集成有两种或以上的移动通信制式的通信电路，可以同时满足两种或以上信号的接收，扩展了电力智能化终端与外部通信的模式，扩大了各种应用场景，其采用多种通信方式实现数传功能，保证了集中器与外部通信的多样性，通过北斗电路实现卫星信号的接收，保障了在公网覆盖不足的区域，也可以实现电力数据的远程通信。这种嵌入式通信集成有北斗电路，避免外挂式RDSS通信模块的使用多个线缆连接而导致的防水性差、装配繁琐线缆繁杂和电磁干扰大等的问题，同时也避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块使用220V电压而导致的用电安全性低和模块功耗大的问题。

在嵌入式通信模块集成了北斗电路及其他远程通信电路，可以同时满足两种信号的接收，广泛应用于不同场景中，增大了嵌入式通信模块以及具有所述嵌入式通信模块的电力智能化终端的适用范围与地域，通过双模通信的方式可以实现偏远地区也能实现电力计量通信，也可以避免城市中使用公网费用较高的问题。

在本实用新型中的嵌入式通信模块中，可以通过一根射频同轴电缆连接外接天线和嵌入在电力智能化终端上的嵌入式通信模块，不仅实现了嵌入式通信模块的低功耗，而且用更为简单的安装方式实现了基于北斗数传功能的电力智能化终端与主站之间的数据交互系统。同时，在具有RNSS定位或授时功能时，能够为电力智能化终端及主站系统提供精确的定位及授时信息。有源天线具有将射频信号进行放大、滤波处理等功能，减小了射频信号所受的干扰，提高了接收链路的接收灵敏度和发射链路的发射效率；更为重要的是，利用射频同轴电缆宽频段传输效应，可以将RDSS收发射频信号、RNSS接收信号进行合路传输，不仅降低了安装难度，节约了成本，而且能够适用于电力智能化终端所在的各种复杂场景应用。通信终端中的嵌入式通信模块采用直流电供电，通过电力智能化终端的远程通信模块接口从电力智能化终端中直接获取电源，无需铺设供电线缆，便于安装和维护，嵌入式通信模块采用储能电路储存电能，解决了RDSS电路信号发射瞬间功率大，但外部供电电源功率不够的问题，因此，嵌入式通信模块可以按电力智能化终端的标准接口，做成一个嵌入式的通信模块，嵌入到电力智能化终端中，相比较于外挂式RDSS通信模块，本实用新型提出的嵌入式RDSS通信模块安装维护简单，成本低，更加安全易用。

由于嵌入式通信模块与电力智能化终端本体通过标准的接口连接，避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块的使用多个线缆连接而导致的防水性差、装配繁琐线缆繁杂和电磁干扰大等的问题，同时也避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块使用220V电压而导致的用电安全性低和模块功耗大的问题。并且由于嵌入式通信模块和外接天线至若通过一个射频同轴电缆连接，提高了部件之间的装配效率，简化了部件之间的连接操作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有外挂式RDSS通信模块加集中器应用方案结构原理图；

图2是本实用新型集中器的结构原理图；

图3是本实用新型集中器中的嵌入式通信模块功能示意图；

图4是本实用新型嵌入式通信模块的电源管理单元的功能示意图；

图5是本实用新型集中器的另一结构原理图；

图6是本实用新型中嵌入式通信模块的集中器原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型所涉及的电力智能化终端、场站终端、电力自动化现场智能终端等设备，一般涉及有：电力计量集中器、三相电能表、负控终端、配电变压器监测终端、配网自动化终端DTU、配网自动化终端FTU等设备，这些设备可设置有远程通信功能，在本实用新型中其一般通过设置的远程通信模块接口，该远程通信模块接口配合着嵌入式通信模块，嵌入式通信模块作为独立的通信模块，其可以采用即插即用的方式固定或者连接在这些智能化终端上，在固定于智能化终端上时，嵌入式通信模块可通过远程通信模块接口与电力智能化终端进行数据通信，嵌入式通信模块集成有两种或以上的通信制式的通信电路，这里的通信电路包括北斗电路。

电力计量集中器、三相电能表、为负控终端、为配电变压器监测终端、配网自动化终端(DTU/FTU)等电力自动化现场智能终端提供北斗及GPRS/3G/4G/5G/ZigBee/NB-IoT/蓝牙/Lora/wifi/2.4G/SigFox/NB-LTE等无线通讯通道的超低功耗、微小体积微电子无线通讯模块即嵌入式通信模块，嵌入式通信模块采用即插即用方式安装在电力集中器，负控终端，配变管理终端等各种供电现场智能终端设备上。

嵌入式通信模块可以通过内嵌、卡扣连接、粘贴或紧固连接等可拆卸或不可拆卸连接的方式固定在终端的远程通信模块接口上，嵌入式通信模块可以作为单独使用的通信模块，可以根据嵌入式通信模块所集成的移动通信制式(或者远程通信方式)采用该移动通信制式所对应的通信机制与外部进行数据通信，比如集成有北斗电路和GPRS电路时，即可采用北斗通信方式与外部进行数据通信，也可以采用GPRS通信方式与外部进行数据通信。嵌入式通信模块可实现与外部数据的同时，也可以通过远程通信模块接口与电力智能化终端进行数据交互。对于电力智能化终端内部的数据，该嵌入式通信模块可通过远程通信模块接口获取，然后基于嵌入式通信模块上的通信制式，将电力智能化终端内部的数据通过这些通信制式向外部发送，实现远程通信；嵌入式通信模块也可以基于通信制式接收移动通信制式下的外部数据，然后将外部数据在嵌入式通信模块内部转换，基于远程通信模块接口发送至集中器。

图2中所涉及的集中器的结构原理图，这里的电力智能化终端以集中器为例进行说明，该集中器包括：显示模块、本地通信模块、嵌入式通信模块，其中：嵌入式通信模块嵌入在集中器上，嵌入式通信模块通过集中器的远程通信模块接口与集中器连接，该嵌入式通信模块上集成有两种或以上的通信制式的通信电路，该通信电路至少包括北斗电路。该通信制式的通信电路可以包括：北斗电路、GPRS电路、2G电路、3G电路、4G电路、5G电路、ZigBee电路、NB-IoT电路、蓝牙电路、Lora电路、wifi电路、2.4G电路、SigFox电路或者NB-LTE电路中的一个或多个。这里的多模通信方式，可以是集成有两种通信电路、也可以集成有三种通信电路，也可以集成有四种通信电路等等，根据集中器实际需求进行电路模块的集成。

嵌入式通信模块集成两种移动通信制式的通信电路具体形式可以是：集成有北斗电路和GPRS电路双模制式的嵌入式通信模块、或集成有北斗电路和2G电路双模制式的嵌入式通信模块、或集成有北斗电路和3G电路双模制式的嵌入式通信模块、或北斗电路和4G电路双模制式的嵌入式通信模块，或北斗电路和5G电路双模制式的嵌入式通信模块等，嵌入式模块集成三种移动通信制式的通信电路具体形式可以是：集成有北斗电路和GPRS电路及2G电路三模制式的嵌入式通信模块、或者集成有北斗电路和GPRS电路及3G电路三模制式的嵌入式通信模块等等。

以下以集成有北斗电路和GPRS电路双模制式的嵌入式通信模块进行说明，该北斗电路可以是只带RDSS功能，或者只带卫星无线电导航业务(Radio Navigation SatelliteSystem，RNSS)功能，也可以是同时带有RDSS功能和RNSS功能。嵌入式通信模块安装在集中器上，嵌入式通信模块通过集中器的远程通信模块接口与集中器连接。

嵌入式通信模块兼容目前集中器配备的远程通信模块与集中器对接的接口和尺寸，能够作为一个标准的模块嵌入到集中器中，可以直接替换现有集中器的远程通信模块和外挂式RDSS通信模块，集中器将收集的用户用电量等数据直接通过集中器远程通信模块接口的双排针连接器发送给嵌入式通信模块，嵌入式通信模块内部可以将用电量等数据转化为卫星能接收的射频信号，通过外置的天线，发送给卫星(例如以北斗短报文的形式)，由卫星转发给上行主站管理中心的智能用电信息采集系统。嵌入式通信模块能够直接替换集中器以GSM/GPRS/CDMA/电话PSTN/以太网/光纤等方式通信的远程通信模块和外挂式RDSS通信模块，集成度高，成本低，接口兼容集中器标准规范，很容易安装，维护也简单。

由嵌入式通信模块和外接天线组成的通信终端，在嵌入式通信模块和外接天线之间可以只通过一根射频同轴电缆连接。嵌入式通信模块可以通过内嵌、卡扣连接、粘贴或紧固连接等的方式固定在集中器的远程通信模块接口上，嵌入式通信模块可以作为单独用于集中器上的通信模块，可以根据嵌入式通信模块所集成的移动通信制式(或者远程通信方式)采用该移动通信制式所对应的通信机制与外部进行数据通信，比如集成有北斗电路和GPRS电路时，即可采用北斗通信方式与外部进行数据通信，也可以采用GPRS通信方式与外部进行数据通信。嵌入式通信模块可实现与外部数据的同时，也可以通过远程通信模块接口与集中器进行数据交互。对于集中器内部的数据，该嵌入式通信模块可通过远程通信模块接口获取，然后基于嵌入式通信模块上的通信制式，将这集中器内部的数据通过这些通信制式向外部发送，实现远程通信；嵌入式通信模块也可以基于通信制式接收移动通信制式下的外部数据，然后将外部数据在嵌入式通信模块内部转换，基于远程通信模块接口发送至集中器。

可嵌入在集中器的嵌入式通信模块所涉及有外接天线，该外接天线可以支持RDSS信号、RNSS信号、GPRS信号等收发功能，即该外接天线可以支持该三种信号的收发功能，在嵌入式通信模块和外接天线间采用一根射频同轴电缆连接，该射频同轴电缆可以单独支持RDSS信号、RNSS信号的传输、GPRS信号的传输，也同时支持RDSS信号、RNSS信号的传输、GPRS信号等传输，以及在外接天线为有源天线时，可以基于该射频同轴电缆对外接天线供电。由此可见，嵌入式通信模块在集中器上的应用，可以通过一根射频同轴电缆连接，即可实现信号传输，也可以达到对有源天线的供电。

图3示出了嵌入式通信模块功能示意图，该嵌入式通信模块可应用在集中器上，该嵌入式通信模块包括：MCU主控电路单元301、RDSS电路单元302、RNSS电路单元303、北斗信号合路单元304、GPRS电路单元305、PMU电源管理单元306，其中：

MCU主控电路单元301通过模块接口与电力计量终端设备通信，基于接口1与RDSS电路单元302通信，基于接口2与RNSS电路单元303通信，基于接口3与GPRS电路单元305通信，MCU主控电路单元301可以实现对PMU电源管理单元306的控制，MCU主控电路单元301与各个模块实现信号连接；

RDSS电路单元302的信号端连接着MCU主控电路单元301的信号端，以及连接着北斗信号合路单元304，RDSS电路单元302的电源端与PMU电源管理单元306连接；

北斗信号合路单元304的信号端连接着RDSS电路单元302和RNSS电路单元303，北斗信号合路单元304的电源端与PMU电源管理单元306连接；

RNSS电路单元303的信号端与MCU主控电路单元301的信号端连接，RNSS电路单元303的电源端与PMU电源管理单元306连接；

北斗信号合路单元304对RDSS电路单元302和RNSS电路单元303进行信号合路，在北斗信号合路单元304可以具有相应的射频同轴电缆接口，该射频同轴电缆接口用于通过一根射频同轴电缆和外接天线连接，即北斗信号合路单元304实现信号合路输出后，将合路信号输入至射频同轴电缆接口所连接的射频同轴电缆上；

GPRS电路单元305信号端连接着MCU主控电路单元301，电源端连接着PMU电源管理单元306。

图3中所示虚线部分为电源供应关系，实线表示信号连接关系，PMU电源管理单元306可以基于模块接口采集电力计量终端设备上的电源，供给嵌入式通信模块上的各器件。

需要说明的是，这里的MCU主控电路单元301、RDSS电路单元302、RNSS电路单元303、北斗信号合路单元304等共同组成嵌入式通信模块的北斗电路部分，可以实现与有源天线的连接。MCU主控电路单元301、GPRS电路单元305等共同组成嵌入式通信模块的GPRS通信电路部分，可以与无源天线连接；PMU电源管理单元306为整个嵌入式通信模块电路进行供电。GPRS电路单元305通过接口3与MCU主控电路单元301连接，接口3至少包括数据接口、控制接口、复位接口等。

本实用新型中的北斗信号合路单元304可以对RDSS电路单元302中的收发信号进行合路，通过一根射频同轴电缆和外接天线连接，也可以RDSS电路单元302和RNSS电路单元303进行信号合路，通过一根射频同轴电缆和外接天线连接。所有的信号经过北斗信号合路单元304合路输出后，即可达到通过一根射频同轴电缆输出到外接天线上，即有源天线上。

在具有数传功能时，北斗数传电路包括北斗信号合路单元304、RDSS电路单元302、及MCU主控电路单元301，这3个单元电路依次连接，最后通过射频同轴电缆连接到外接天线。北斗数传电路主要实现集中器等电力智能化终端和远程主站之间的数据交互，对于下行链路，北斗数传电路通过外接天线接收来自主站的数据，并在集中器等电力智能化终端中进行分析、处理；对于上行链路，集中器将需要上传的数据通过北斗数传电路和外接天线发送到主站。现有RDSS电路中的收发电路通过两根线路实现与外接天线的通信，即接收电路通过一根线路连接到外接天线上通信，发送电路通过一根线路连接到外接天线上通信，本实用新型中的RDSS电路单元302基于北斗信号合路单元304将RDSS收发电路中的两根线路进行合路并基于同一根射频同轴电缆再输出至外接天线，这种RDSS信号合路输出可以减少RDSS电路中的一根线路输出至外接天线，达到精简布线，提升电路性能。在嵌入式通信模块中基于北斗信号合路单元304对各路信号的合路输出，较好了满足了各信号基于一根射频同轴电缆的传输性能。

在具有定位及授时功能时，定位及授时电路包括北斗信号合路单元304、RNSS电路单元303、及MCU主控电路单元301，这3个单元电路依次连接，最后通过射频同轴电缆连接到外接天线。RNSS电路单元303完成RNSS信号的分析、处理，得到来自卫星导航系统的定位或授时数据，集中器可以及时获取定位或授时数据，并可以结合其他数据，一起上报到主站，用以实现各种电力业务。

在射频前端，RDSS电路单元302和RNSS电路单元303通过北斗信号合路单元304将RDSS接收射频信号、RDSS发射射频信号、RNSS接收射频信号进行宽带合路，将合路后的信号通过射频同轴电缆连接到外接天线。在外接天线为有源天线时，PMU电源管理单元306还可以将电源基于射频同轴电缆输入至外接天线上。

在数据交互后端，RDSS电路单元302与MCU主控电路单元301之间通过UART串口进行通信，该串口协议满足RDSS V2.1协议和4.0协议要求。RNSS电路单元302与MCU主控电路单元301之间通过UART串口进行通信，该串口协议满足NMEA-0183协议要求。

由此，北斗电路部分包括具有数传功能的RDSS电路部分和具有定位及授时功能的RNSS电路部分，具体地，RDSS电路部分涉及RDSS电路单元302和MCU主控电路单元301等，RNSS电路部分涉及RNSS电路单元303和MCU主控电路单元301等。RDSS电路部分具备短报文通信功能，用于将集中器等电力智能化终端上的本地通信模块收集的用户端用电量数据通过卫星发送给主站管理中心的智能用电信息采集系统，此为上行链路；同时，主站管理中心也会向集中器等电力智能化终端发送费率表信息或者其他命令，也利用RDSS短报文通信功能实现，此为下行链路。RNSS电路部分可以提供精确定位或授时功能，通过卫星定位确定集中器等电力智能化终端的当前安装位置，可将集中器等电力智能化终端的安装位置通过RDSS电路部分发送给主站管理中心的智能用电信息采集系统；RNSS电路部分还可以提供精确授时功能，通过该精确授时信息可实现电力网络的时间同步。

集中器中的远程通信模块接口可以为嵌入式通信模块提供一般不超过2W的连续功率，但RDSS电路部分在发射信号瞬间所需功率较高(一般13W以上)，故外部直流供电无法直接提供；因此需要储能电路，在RDSS电路部分未对外发射信号时，储能电路将电能储存起来，这样RDSS电路部分在需要发射信号时能从储能电路获取足够的电能，并通过电源转换电路转换成RDSS电路部分所需的电源，给RDSS电路部分提供对外发射信号时所需的功率。

图4示出了实施例中嵌入式通信模块的PMU电源管理单元306的功能示意图。PMU电源管理单元306包括电源保护及限流电路20501、储能电路20502以及电源转换电路20503，电路之间依次连接。电源保护及限流电路20501从嵌入式通信模块与集中器之间的接口处获取直流电源，经过保护、限流措施后对储能电路20502进行充电；存储的电源能量经过电源转换电路20503进行电源转换后给整个嵌入式通信模块进行供电，并可以通过射频同轴电缆给外接天线供电。

储能电路20502基于超级电容实现，完全解决了嵌入式通信模块小型化设计中RDSS电路部分信号发射功率与外部直流供电功率不匹配的问题，电源保护限流电路20501中的限流电路可以解决上电瞬间储能器件吸收电流过大引起外部直流供电工作异常的问题，电源保护限流电路20501中的保护电路可以保护储能器件在外部直流供电短路时不被烧坏。

基于该PMU电源管理单元306，可以首先保证对嵌入式通信模块进行供电，保证嵌入式通信模块内部的有源器件供电需要，比如RDSS电路部分和RNSS电路部分。在外接天线采用有源天线时，也可以通过射频同轴电缆传输到外接天线上，保证有源天线的供电需求。

对于嵌入式通信模块，总的来说，由于利用了PMU电源管理单元306的储能电路的合理设计，使得低功耗模块的设计成为可能。这样，就可以使用嵌入式通信模块代替目前集中器中的基于GPRS的远程通信模块，在结构封装和管脚定义上兼容现有的GPRS数传模块。嵌入式通信模块所涉及的PMU电源管理单元306从远程通信模块接口上获取电源，并供给电源到嵌入式通信模块，针对不同多模通信制式的不同，其可以满足不同多模通信制式下的嵌入式通信模块的供电需求。

这里的有源天线提取嵌入式通信模块中的电源，可以满足有源天线中的天线电源发射需要，减少无源天线下的嵌入式通信模块到外接天线间的信号衰减，可以满足高纬度区域的北斗信号收发，避免无源天线模式下信号衰减，而北斗信号收发不稳定。

图5中所涉及的集中器的另一结构原理图，该集中器包括：显示模块、本地通信模块、嵌入式通信模块(即RDSS+GPRS远程双模通信模块)，其中：嵌入式通信模块嵌入在集中器上，嵌入式通信模块通过集中器的远程通信模块接口与集中器连接，该嵌入式通信模块上集成有北斗电路和GPRS电路。

这里的嵌入式通信模块外接有两根天线，包括GPRS天线、RDSS天线，不通过一根射频同轴电缆实现，即GPRS电路外延一根GPRS天线，该GPRS天线可以实现GPRS信号的收发功能；即北斗电路外延一根北斗天线(或RDSS天线)，该北斗天线可以实现北斗信号的收发功能(或RDSS天线可以实现RDSS信号的收发功能)。在具体针对不同制式通信模块时，可以外延一根相应制式的外接天线，双模通信外接两根天线，三模通信可以外接三根天线的方式去实施等。

图6示出了本实用新型中嵌入式通信模块的集中器原理框图。在功能业务流程上，嵌入式通信模块可以通过UART接收来自集中器数据信息，并对数据信息重新进行拆包、打包，使之满足北斗数传的数据格式，在数据协议上满足电力数传协议的要求，最后通过RDSS发射通道发送给主站服务器。嵌入式通信模块可以通过RDSS接收通道接收来自主站服务器的数据信息，并对数据信息重新进行拆包、打包，使之满足模块和集中器之间的数据格式，在数据协议上满足电力数传协议的要求，最后通过UART接口发送给集中器。嵌入式通信模块可以通过RNSS或者GPS等接收通道接收来自导航卫星的数据信息，并对数据信息进行解码，获取嵌入式通信模块所在位置的定位信息、定时信息、授时信息等，最后存储在嵌入式通信模块上，或者通过UART接口发送给集中器；集中器可以将定位信息、授时信息通过RDSS通道上传到主站。嵌入式通信模块与集中器之间的接口满足现有电力相关接口标准，主要信号包括串口信号、模块状态信号、集中器对模块的控制信号，以及直流供电等。这里的嵌入式通信模块外接有两根天线，包括GPRS天线、RDSS天线，不通过一根射频同轴电缆实现，即GPRS电路外延一根GPRS天线，该GPRS天线可以实现GPRS信号的收发功能，即北斗电路外延一根北斗天线(或RDSS天线)，该北斗天线可以实现北斗信号的收发功能(或RDSS天线可以实现RDSS信号的收发功能)。

需要说明的是，以上图3至图6是以北斗电路与GPRS电路为例进行说明的，其他移动通信制式的通信电路同样适于本发明所用的实施例，这里不再一一赘述。

综上，应用于电力智能化终端上的嵌入式通信模块上集成有两种或以上的移动通信制式的通信电路，可以同时满足两种或以上信号的接收，扩展了电力智能化终端与外部通信的模式，扩大了各种应用场景，增大了嵌入式通信模块以及具有所述嵌入式通信模块的电力智能化终端的适用范围与地域，其采用多种通信方式实现数传功能，保证了集中器与外部通信的多样性，通过北斗电路实现卫星信号的接收，保障了在公网覆盖不足的区域，也可以实现电力数据的远程通信。这种嵌入式通信集成有北斗电路，避免外挂式RDSS通信模块的使用多个线缆连接而导致的防水性差、装配繁琐线缆繁杂和电磁干扰大等的问题，同时也避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块使用220V电压而导致的用电安全性低和模块功耗大的问题。

在嵌入式通信模块集成了北斗电路及其他远程通信电路，可以同时满足两种信号的接收，广泛应用于不同场景中，通过双模通信的方式可以实现偏远地区也能实现电力计量通信，也可以避免城市中使用公网费用较高的问题。

在本实用新型中的嵌入式通信模块中，可以通过一根射频同轴电缆连接外接天线和嵌入在电力智能化终端上的嵌入式通信模块，不仅实现了嵌入式通信模块的低功耗，而且用更为简单的安装方式实现了基于北斗数传功能的电力智能化终端与主站之间的数据交互系统。同时，在具有RNSS定位或授时功能时，能够为电力智能化终端及主站系统提供精确的定位及授时信息。有源天线具有将射频信号进行放大、滤波处理等功能，减小了射频信号所受的干扰，提高了接收链路的接收灵敏度和发射链路的发射效率；更为重要的是，利用射频同轴电缆宽频段传输效应，可以将RDSS收发射频信号、RNSS接收信号进行合路传输，不仅降低了安装难度，节约了成本，而且能够适用于集中器等电力智能化终端所在的各种复杂场景应用。通信终端中的嵌入式通信模块采用直流电供电，通过集中器等电力智能化终端上的远程通信模块接口从电力智能化终端中直接获取电源，无需铺设供电线缆，便于安装和维护，嵌入式通信模块采用储能电路储存电能，解决了RDSS电路部分信号发射瞬间功率大，但外部供电电源功率不够的问题，因此，嵌入式通信模块可以按集中器的标准接口，做成一个嵌入式的通信模块，嵌入到电力智能化终端中，相比较于外挂式RDSS通信模块，本实用新型的嵌入式通信模块安装维护简单，成本低，更加安全易用。

由于嵌入式通信模块与电力智能化终端本体通过标准的接口连接，避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块的使用多个线缆连接而导致的防水性差、装配繁琐线缆繁杂和电磁干扰大等的问题，同时也避免了现有技术中的外挂式RDSS通信模块使用220V电压而导致的用电安全性低和模块功耗大的问题。并且由于嵌入式通信模块和外接天线至若通过一个射频同轴电缆连接，提高了部件之间的装配效率，简化了部件之间的连接操作。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本实用新型实施例所提供的用于集中器的通信模块及集中器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (16)

1.一种嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块采用可即插即用的方式固定或者连接在电力智能化终端上，所述电力智能化终端上设置有与所述嵌入式通信模块相配合的远程通信模块接口，所述嵌入式通信模块通过所述远程通信模块接口与所述电力智能化终端进行数据通信，所述嵌入式通信模块集成有两种或以上的通信制式的通信电路，所述通信电路中包括北斗电路，所述电力智能化终端为：电力计量集中器、或者三相电能表、或者为负控终端、或者为配电变压器监测终端、或者为配网自动化终端。

2.如权利要求1所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述通信电路还包括：近距无线通信电路、广域无线通信电路、有线通信电路和/或远距通信无线通信电路中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述通信电路包括：北斗电路、GPRS电路、2G电路、3G电路、4G电路、5G电路、ZigBee电路、NB-IoT电路、蓝牙电路、Lora电路、wifi电路、2.4G电路、SigFox电路或者NB-LTE电路中的一个或多个。

4.如权利要求1所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块集成有所述北斗电路和GPRS电路时，所述嵌入式通信模块包括RDSS电路单元、北斗信号合路单元、MCU主控电路单元、GPRS电路单元，其中：

所述RDSS电路单元的信号端连接着所述MCU主控电路单元的信号端和所述北斗信号合路单元的信号端；

所述MCU主控电路单元信号端连接有所述RDSS电路单元和所述GPRS电路单元；

所述北斗信号合路单元对所述RDSS电路单元中的收发信号进行合路；

所述GPRS电路单元的信号端连接着所述MCU主控电路单元。

5.如权利要求4所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块还包括RNSS电路单元，其中：

所述RNSS电路单元的信号端连接着所述MCU主控电路单元的信号端和所述北斗信号合路单元的信号端，所述RNSS电路单元的电源端与电源管理单元连接；

所述北斗信号合路单元对所述RDSS电路单元和所述RNSS电路单元进行信号合路。

6.如权利要求1所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块还包括电源管理单元，所述电源管理单元从所述远程通信模块接口上获取电源，并供给电源到所述嵌入式通信模块；所述电源管理单元包括电源保护及限流电路、储能电路以及电源转换电路，所述电源保护及限流电路连接着所述储能电路，所述储能电路连接着所述电源转换电路。

7.如权利要求1至6任一项所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块上连接有外接天线。

8.如权利要求7所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述嵌入式通信模块通过一根射频电缆连接着外接天线，所述外接天线接收两种或以上的通信制式的通信电路所需的通信信号。

9.如权利要求8所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述外接天线为有源天线或者无源天线，所述有源天线基于射频同轴电缆从电源管理单元处获取电源。

10.如权利要求7所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述外接天线包括两根或以上的外接天线，两根或以上的所述外接天线中每一根所述外接天线连接着所述两种或以上的通信制式的通信电路中所对应的通信电路。

11.如权利要求10所述的嵌入式通信模块，其特征在于，所述外接天线为有源天线或者无源天线，所述有源天线基于射频同轴电缆从电源管理单元处获取电源。

12.一种电力计量集中器，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在所述电力计量集中器上。

13.一种三相电能表，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在所述三相电能表上。

14.一种负控终端，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在所述负控终端上。

15.一种配电变压器监测终端，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在所述配电变压器监测终端上。

16.一种配网自动化终端，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的嵌入式通信模块，所述嵌入式通信模块采用即插即用的方式固定在所述配电变压器监测终端上。